CFC (chlorofluorocarbon) là nhóm hoá chất từng dùng rộng rãi trong tủ lạnh, điều hoà, bình xịt và bọt xốp, và là nguồn clo chính phá tầng ozone. Nghị định thư Montreal ký ngày 16/9/1987 đã từng bước loại bỏ CFC và các chất tương tự trên toàn thế giới. Nhờ vậy, theo đánh giá WMO/UNEP năm 2022, tầng ozone đang hồi phục và được dự báo trở về mức năm 1980 vào khoảng năm 2040 ở phần lớn thế giới, khoảng 2045 ở Bắc Cực và khoảng 2066 ở Nam Cực.
CFC là gì và vì sao từng được coi là "hoá chất kỳ diệu"
CFC là các phân tử nhỏ gồm carbon, clo và flo. Kỹ sư người Mỹ Thomas Midgley cùng cộng sự phát triển chúng cuối thập niên 1920 để thay các chất làm lạnh cũ như amoniac, sulfur dioxide, methyl chloride, vốn độc hoặc dễ cháy và từng gây tai nạn chết người trong tủ lạnh gia đình. CFC-12 (thương hiệu Freon nổi tiếng nhất) không độc, không cháy, không ăn mòn, rẻ và bền.
Những ưu điểm đó khiến CFC tràn vào mọi ngành: chất làm lạnh trong tủ lạnh và điều hoà ô tô, chất đẩy trong bình xịt tóc, xịt khử mùi, chất tạo bọt trong mút xốp, dung môi làm sạch bo mạch điện tử. Đến đầu thập niên 1970, sản lượng CFC toàn cầu lên tới hàng trăm nghìn tấn mỗi năm.
Chính sự bền vững là mặt trái. Trong tầng đối lưu, gần như không có gì phá được CFC. Chúng trôi dần lên bình lưu, mất nhiều năm, và tồn tại ở đó hàng chục đến hơn một trăm năm.
Năm 1974: lời cảnh báo của Molina và Rowland
Tháng 6 năm 1974, hai nhà hoá học Mario Molina và F. Sherwood Rowland ở Đại học California, Irvine công bố trên Nature một lập luận đơn giản mà đáng lo. CFC bay lên bình lưu, bị tia cực tím mạnh bẻ gãy, giải phóng nguyên tử clo. Clo đóng vai trò chất xúc tác: phá một phân tử ozone, rồi được trả lại để phá tiếp. Một lượng clo nhỏ có thể làm hao hụt một lượng ozone lớn.
Lập luận này dựa trên nền tảng trước đó của Paul Crutzen về vai trò của nitơ oxit trong phá ozone (1970) và của các nhóm nghiên cứu khác về clo. Năm 1995, Crutzen, Molina và Rowland cùng nhận giải Nobel Hoá học cho các công trình về hoá học khí quyển, đặc biệt là sự hình thành và phân huỷ ozone.
Từ 1974 đến 1985, cuộc tranh luận kéo dài: ngành công nghiệp phản bác, một số nước bắt đầu cấm CFC trong bình xịt (Mỹ, Canada, Thụy Điển, Na Uy cuối thập niên 1970), nhưng sử dụng trong các lĩnh vực khác vẫn tăng. Phát hiện lỗ thủng ozone năm 1985 và các chuyến đo đạc Nam Cực năm 1987 cho thấy clo đúng là thủ phạm, đẩy nhanh quá trình đàm phán.
Công ước Vienna và Nghị định thư Montreal
Năm 1985, Công ước Vienna về bảo vệ tầng ozone được thông qua. Đây là khung chung: các nước đồng ý hợp tác nghiên cứu, trao đổi thông tin, nhưng chưa có cam kết cắt giảm cụ thể. Hai năm sau, ngày 16/9/1987, Nghị định thư Montreal về các chất làm suy giảm tầng ozone được ký, có hiệu lực từ năm 1989. Lần đầu tiên có lịch cắt giảm cụ thể cho CFC và halon.
Điểm đáng chú ý của Nghị định thư là cơ chế "điều chỉnh và sửa đổi": khi khoa học có thêm bằng chứng, các bên họp định kỳ để thắt chặt lịch trình, bổ sung chất mới. Các nước đang phát triển có thời gian ân hạn dài hơn và được hỗ trợ tài chính, kỹ thuật qua Quỹ Đa phương thành lập năm 1990.
| Năm | Mốc | Nội dung chính |
|---|---|---|
| 1985 | Công ước Vienna | Khung hợp tác, chưa có cắt giảm cụ thể |
| 1987 | Nghị định thư Montreal | Cắt giảm 50% CFC chính so với 1986 vào cuối thập niên 1990 |
| 1990 | Sửa đổi London | Tiến tới loại bỏ hoàn toàn CFC, halon; lập Quỹ Đa phương |
| 1992 | Sửa đổi Copenhagen | Đẩy nhanh lịch loại bỏ; đưa HCFC và methyl bromide vào kiểm soát |
| 2007 | Điều chỉnh Montreal | Đẩy nhanh loại bỏ HCFC |
| 2016 | Sửa đổi Kigali | Cắt giảm dần HFC (không phá ozone nhưng là khí nhà kính mạnh) |
Năm 2009, Nghị định thư Montreal trở thành hiệp ước đầu tiên trong lịch sử Liên Hợp Quốc được tất cả các quốc gia thành viên phê chuẩn. Việt Nam tham gia Công ước Vienna và Nghị định thư Montreal năm 1994.
Thay CFC bằng gì
Loại bỏ CFC không có nghĩa là bỏ tủ lạnh. Ngành công nghiệp chuyển qua nhiều thế hệ chất thay thế:
- HCFC (như HCFC-22, ga R22 quen thuộc trong điều hoà cũ): vẫn có clo nhưng có thêm liên kết hydro, nên phần lớn bị phá trong tầng đối lưu trước khi lên bình lưu. Ít phá ozone hơn CFC nhiều, được dùng làm chất chuyển tiếp và nay cũng đang bị loại bỏ.
- HFC (như R410A, R32, R134a): không có clo, không phá ozone. Nhưng nhiều HFC là khí nhà kính mạnh gấp hàng trăm đến hàng nghìn lần CO₂ tính trên cùng khối lượng, nên Sửa đổi Kigali 2016 đưa chúng vào lộ trình cắt giảm.
- Chất tự nhiên và HFO: isobutane (R600a) trong tủ lạnh gia đình, propane, CO₂, amoniac trong hệ thống công nghiệp, các HFO thế hệ mới phân huỷ nhanh trong khí quyển.
Bình xịt chuyển sang dùng khí đẩy hydrocarbon hoặc dạng bơm tay. Dung môi làm sạch điện tử chuyển sang nước và các quy trình khác.
Bằng chứng tầng ozone đang hồi phục
Lượng clo và brom tổng cộng trong tầng đối lưu đạt đỉnh khoảng năm 1993–1994, trong bình lưu đạt đỉnh muộn hơn vài năm (vì khí cần thời gian bốc lên) và đã giảm dần từ đó. Theo đánh giá WMO/UNEP 2022, khoảng 99% các chất phá ozone bị kiểm soát đã được loại bỏ khỏi sản xuất.
Các dấu hiệu hồi phục đã đo được: ozone ở tầng bình lưu trên đang tăng trở lại; lỗ thủng Nam Cực có xu hướng nhỏ dần và mở muộn hơn vào tháng 9 so với khoảng năm 2000, dù vẫn dao động mạnh theo thời tiết từng năm. Các mốc hồi phục về mức năm 1980 là dự báo: khoảng 2040 cho phần lớn thế giới, khoảng 2045 cho Bắc Cực, khoảng 2066 cho Nam Cực.
Báo cáo cũng ước tính rằng Sửa đổi Kigali, nếu được thực hiện đầy đủ, giúp tránh được khoảng 0,3–0,5 °C nóng lên vào năm 2100 nhờ cắt giảm HFC.
Những vết gợn trên đường hồi phục
Không phải mọi thứ đều suôn sẻ. Năm 2018, các nhà khoa học của NOAA công bố trên Nature rằng tốc độ giảm của CFC-11 trong khí quyển chậm lại bất thường từ khoảng năm 2012, cho thấy có nguồn phát thải mới trái quy định. Các nghiên cứu tiếp theo truy được phần lớn nguồn này về một khu vực công nghiệp sản xuất bọt xốp. Sau khi được phát hiện và xử lý, phát thải CFC-11 giảm trở lại từ khoảng 2019. Đây là ví dụ cho thấy hệ thống đo đạc toàn cầu có thể phát hiện vi phạm từ chính khí quyển.
Ngoài ra, N₂O (nitơ oxit) hiện là chất phá ozone được phát thải nhiều nhất nhưng không nằm trong Nghị định thư Montreal, vì nó chủ yếu đến từ nông nghiệp và chưa có khung quản lý riêng.
Góc nhìn hôm nay
Với người dùng thông thường, việc liên quan trực tiếp nhất là thiết bị làm lạnh cũ. Điều hoà, tủ lạnh đời cũ có thể còn ga R22 hoặc CFC. Khi sửa chữa, thay thế, nên nhờ thợ có thiết bị thu hồi ga thay vì xả thẳng ra không khí. Ở Việt Nam, quản lý các chất làm suy giảm tầng ozone và khí nhà kính flo hoá do Bộ Nông nghiệp và Môi trường (trước đây là Bộ Tài nguyên và Môi trường) phụ trách.
Nguồn đọc thêm tốt nhất là trang của Ban Thư ký Ozone thuộc UNEP (ozone.unep.org) và báo cáo Scientific Assessment of Ozone Depletion: 2022. Bài báo năm 1974 của Molina và Rowland trên Nature, tựa "Stratospheric sink for chlorofluoromethanes: chlorine atom-catalysed destruction of ozone", chỉ dài khoảng ba trang.
Câu hỏi thường gặp
Nghị định thư Montreal ký năm nào?
Nghị định thư Montreal được ký ngày 16/9/1987 và có hiệu lực từ năm 1989. Ngày 16/9 hằng năm được Liên Hợp Quốc chọn làm Ngày Quốc tế Bảo vệ tầng ozone. Việt Nam tham gia Nghị định thư năm 1994.
CFC phá tầng ozone như thế nào?
CFC bền nên trôi lên được tầng bình lưu. Ở đó tia cực tím mạnh bẻ gãy phân tử, giải phóng nguyên tử clo. Mỗi nguyên tử clo phá một phân tử ozone rồi được giải phóng lại, nên có thể phá hàng chục nghìn phân tử ozone trước khi bị khoá vào hợp chất bền.
Ga R22 và R32 khác nhau thế nào?
R22 là HCFC, còn chứa clo nên có phá ozone ở mức nhẹ, đang bị loại bỏ dần theo Nghị định thư Montreal. R32 là HFC, không chứa clo nên không phá ozone, nhưng vẫn là khí nhà kính, nằm trong lộ trình cắt giảm của Sửa đổi Kigali.
Tầng ozone có thật sự đang hồi phục không?
Có. Lượng clo và brom trong bình lưu đã giảm từ cuối thập niên 1990, ozone tầng trên đã tăng trở lại và lỗ thủng Nam Cực có xu hướng nhỏ dần. WMO/UNEP 2022 dự báo ozone về mức năm 1980 vào khoảng 2040 ở phần lớn thế giới, 2066 ở Nam Cực.
Ai được giải Nobel vì nghiên cứu tầng ozone?
Paul Crutzen, Mario Molina và F. Sherwood Rowland nhận giải Nobel Hoá học năm 1995 cho các nghiên cứu về hoá học khí quyển, trong đó có cơ chế CFC và nitơ oxit phá ozone ở tầng bình lưu.
